ورقة بحثية حول عملية إنتاج مصبوبات الأدوات الزراعية بتقنية القوالب المفقودة

1. مقدمة

في الماضي، كان العملاء يستخدمون عملية صب الرمل لإنتاج رؤوس المطارق، ووصلات السلاسل، وغيرها من المسبوكات في الموقع، مما كان ينطوي على العديد من المشاكل، مثل انخفاض كفاءة الإنتاج، وسوء بيئة العمل، وارتفاع الجهد المبذول من قبل العمال، وتدني جودة سطح المنتجات. ومع التطور السريع لعملية الصب بالكهرباء والإنشاء (EPC) في الصين، وما تتميز به من انخفاض تكلفة العمالة، وتوفير الطاقة، وحماية البيئة، وجودة سطح عالية، بدأ الناس في تجربة استخدام هذه العملية لإنتاج هذا النوع من المسبوكات.

2. تحليل الصب

تُصنع وصلات السلسلة في موقع يونان من سبائك الصلب 45#، والتي كانت تُصنع في البداية بتقنية الصب الرملي. يتطلب استخدام هذه الوصلات ربطها بدبابيس عمودية لضمان جودة سطح عالية. تحتاج السبائك المصنعة بتقنية الصب الرملي إلى معالجة لتلبية متطلبات الاستخدام. رأس المطرقة مصنوع من فولاذ عالي المنغنيز. في عملية الصب الرملي، تكون عملية إزالة اللب وإغلاق الصندوق معقدة، مما يُسهل ظهور عيوب في الصب مثل الانحناءات والنتوءات، ويؤدي إلى رداءة جودة سطح المنتج. أما وصلات السلسلة المصنعة بتقنية الصب بالتفريغ الكهربائي (EPC) فتُقلل بشكل كبير من عمليات إزالة اللب وإغلاق الصندوق، مما يُحسّن جودة سطح المنتج بشكل ملحوظ. لذا، يمكن استخدامها مباشرةً دون الحاجة إلى معالجة.

فيما يلي شرحٌ لعملية إنتاج الفولاذ ذي المقطع السلسلي. يتميز هذا الفولاذ بارتفاع درجة انصهاره، وانخفاض سيولته، وانكماشه، وسهولة تأكسده، مما يؤثر سلبًا على الخواص الميكانيكية للمسبوكات. يتميز نظام التغذية ببنية بسيطة ومساحة مقطع عرضي كبيرة، مما يجعل عملية التعبئة سريعة وسلسة، ويضمن تدفقًا منتظمًا، ويساهم في تنظيم عملية تصلب المسبوكات وتغذية المصب، دون إعاقة انكماشها. يوضح الشكل 1 المنتج النهائي.

الشكل 1: وصلة السلسلة ورأس المطرقة المصبوب

3. المنطقة البيضاء

نظرًا لبساطة هيكل القالب الأبيض المطلوب في سلسلة الإنتاج الميداني وصغر حجم الدفعة، يُعتمد أسلوب القطع واللصق لتشكيله. بالنسبة للمسبوكات التي تتطلب القطع واللصق، تُطوّر أدوات القطع واللصق المناسبة لتحسين كفاءة الإنتاج وتحديد أبعاد هيكل المسبوكة بدقة. يتولى الفنيون في الشركة إنتاج أدوات القطع واللصق للقالب الأبيض في الموقع، بما في ذلك صبّ قالب الألمنيوم الرئيسي للقطع، وقالب تحديد موضع اللصق، ولصق أنبوب الصب، واللصق بالغراء الساخن. يجب ألا توجد فجوات في موضع اللصق لمنع تسرب الطلاء إلى داخلها، مما قد يؤدي إلى عيوب في الخبث بعد الصب. يوضح الشكل 2 عملية تصنيع القالب الأبيض.

الشكل 2: عملية صنع القالب الأبيض

4. المنطقة الصفراء

(1) الطلاء مصنوع من طلاء خاص للفولاذ المصبوب. عند تطبيق الطلاء لأول مرة، يُخلط الطلاء مع الماء بنسبة 1:0.65، ويُقلب المزيج في وعاء الخلط لمدة ساعة. بعد الخلط، يُعدّل قوام الطلاء حسب الحاجة، فإذا كان سميكًا جدًا، يُضاف إليه الماء حسب الرغبة. عند استخدام الطلاء لأول مرة، يُنصح بعدم وضع طبقة سميكة جدًا، ويمكن استخدام مقياس بوميه لقياس السماكة. لتجنب تشقق السطح أثناء التجفيف، مما يؤثر على جودة الصب، يُوضع القالب الأصفر المطلي لأول مرة في غرفة التجفيف. تُضبط درجة حرارة غرفة التجفيف عند حوالي 45 درجة مئوية، ويجب ألا تكون مرتفعة جدًا، وإلا فقد يتسبب ذلك في تشقق زوايا القالب. يجب ألا تتجاوز الرطوبة 15%. يجب عدم تعريض القالب مباشرةً لسخان التجفيف، حتى لا ترتفع درجة حرارته بشكل كبير، مما قد يتسبب في تشقق زوايا الطلاء. يُترك القالب ليجف في هذه البيئة لمدة 8 ساعات تقريبًا.

(2) عند وضع الطبقة الثانية بالفرشاة، تكون الطبقة أكثر سمكًا بقليل من الطبقة الأولى. بعد طلاء العفن الأبيض، يجب الانتظار لمدة دقيقة واحدة حتى يصبح الطلاء متجانسًا على السطح لمنع تراكم الطلاء عليه. سيتم طلاء العفن الأصفر بعد ذلك.

(3) تُوضع في غرفة التجفيف، وتُضبط درجة الحرارة عند حوالي 50 درجة مئوية، والرطوبة أقل من 15%، وتُجفف لمدة 24 ساعة. ثم تُجفف مرة ثانية لمدة 6 ساعات تقريبًا، وتُدهن الأجزاء المكشوفة من القالب الأصفر وقناة الصب. يتشكل القالب الأصفر بعد التجفيف، كما هو موضح في الشكل 3. يُدهن القالب الأصفر مرتين.

الشكل 3: عملية تشكيل القالب الأصفر المركب

5. خطة معالجة المنطقة السوداء

(1) نمذجة الصندوق المدفون

باستخدام رمل كوارتز بحجم 30-40 مش، يكون سمك طبقة الرمل السفلية 200 مم. بعد تعليق القالب بشكل مسطح، يتم هزّه، ثم يُوضع نموذج الفوم. يُضاف الرمل أولاً باستخدام كيس قماشي، ويُثبّت نموذج الفوم، ثم يُضاف الرمل لتغطية نصف القالب. بعد ذلك، يُهزّ القالب لمدة 30-40 ثانية، مع الحرص على عدم إطالة مدة الهزّ لتجنب تشقق القالب الأبيض. يجب أن تكون متطلبات التحكم في الوقت أكثر دقة، فالهزّ القصير جدًا قد لا يكون محكمًا في فتحة العمود، بينما قد يؤدي الهزّ الطويل إلى كسر القالب الأبيض. يُستخدم الهزّ اليدوي أثناء الهزّ لإضافة رمل إضافي. بعد الهزّ الثاني، يُضاف الرمل إلى السطح العلوي لكأس الصب لإجراء الهزّ الثالث لإحكام التثبيت. ثم يُضاف غشاء بلاستيكي، ويُضاف الرمل العلوي. ولمنع الحديد المنصهر من جرف الرمل حول كأس الصب ودخوله إلى القالب، يجب وضع رمل سيليكات الصوديوم حول الصب لمنع انجراف الرمل. يوضح الشكل 4 عملية دفن القالب.

الشكل 4: عملية نمذجة الصندوق المدفون

صهر

التركيب الكيميائي المُحدد مسبقاً:

يُستخدم الفولاذ الكربوني العادي Q235 مع خردة الفولاذ. على سبيل المثال، في فرن متوسط ​​التردد سعة 0.5 طن، تكون نسبة المواد الخام المضافة 98.6% من خردة الفولاذ، و0.5% من الفيروسليكون، و0.9% من الفيرومنجنيز. تُخلط المكونات وفقًا لهذه النسب. بعد صهر المعدن، تُسخّن أكياس الشطف. ولتقليل فقد السبيكة أثناء الاحتراق، تُضاف سبيكة الفيروسليكون والفيرومنجنيز قبل صهر المعدن وصبّه.

(2) الصب

يجب إزالة الخبث قبل صب الفولاذ المنصهر. بعد إخراج الفولاذ المنصهر من الفرن، يُصب في أسرع وقت ممكن. يجب أن تتراوح درجة حرارة الصب بين 1520 و1550 درجة مئوية، وأن يكون الضغط السلبي -0.05 ميجا باسكال. بعد الصب، يُحافظ على الضغط السلبي عند -0.025 ميجا باسكال لمدة 5 دقائق. بعد ساعتين، يُقلب الصندوق ويُنظف المسبوك. يوضح الشكل 5 أدناه حالة المسبوك بعد قلب الصندوق وتنظيفه.

الشكل 5: المسبوكات بعد التنظيف والتلميع

6. تحليل العيوب

6.1 مشبك الخبث، عصا الرمل، مشبك الرمل

(1) جودة القالب الأبيض نفسه بها عيوب، مما يؤدي إلى تراكم الطلاء في فجوة القالب الأبيض أو الحفر، مما يؤدي إلى اختلاط بقايا الطلاء بالصب، ويحدث انحشار الخبث.

(2) لا يتم دهن الطلاء بشكل متساوٍ، مما يؤدي إلى رمل لزج عند الصب.

(3) يقوم الحديد المنصهر بغسل الرمل المحيط أثناء الصب، مما يؤدي إلى دخول الرمل في المسبوكة.

(4) لم تكتمل عملية إزالة الأكسدة من المعدن المنصهر، والخبث ليس نظيفًا.

الحلول:

(1) يجب التحكم بشكل معقول في درجة الضغط السلبي ودرجة حرارة الصب، ويجب تقليل درجة الضغط السلبي ودرجة حرارة الصب قدر الإمكان على أساس ضمان التقدم السلس للصب، وذلك لإضعاف قدرة اختراق السائل المعدني ذي درجة الحرارة العالية.

(2) يجب إضافة الرمل تدريجياً، أضف 200 مم من الرمل في الأسفل مع الاهتزاز، ثم ضع الشكل، أضف الرمل إلى الموضع العام للشكل، مع الاهتزاز، يجب ألا تكون مدة الاهتزاز طويلة جدًا، ثم قم بالاهتزاز أثناء إضافة الرمل.

(3) التحكم المعقول في سمك الطلاء، وتحسين مقاومة الطلاء للحرارة، وقوة درجات الحرارة العالية، وغيرها من الخصائص.

(4) كوب صب معقول لضمان عدم دفع السائل المعدني للرمل بالقرب من كوب الصب إلى داخل كوب الصب أثناء الصب.

(5) التحكم بدقة في عملية إزالة الأكسدة، باستخدام عامل الخبث لإزالة الخبث في الحديد المنصهر، وعملية الصب باستخدام قطن الخبث لمنع الخبث بشكل فعال.

6.2 ثغري

(1) في معظم الحالات، وبسبب عدم انتظام عملية صب المعدن السائل، تتشقق الرغوة بعد ملامستها للمعدن السائل، ولا يمكن تصريف الغاز المتولد من المعدن السائل، مما يؤدي إلى تشكل مسامات. وغالبًا ما تكون هذه المسامات كثيرة.

(2) لا يتم تجفيف العفن الأصفر بشكل كامل، مما يؤدي إلى انسداد مخرج الغاز. وهذا سبب رئيسي لظهور ثقوب التهوية.

التدابير الوقائية:

(1) تصميم معقول لنظام الصب، بحيث يكون ملء الحديد السائل سلسًا وبدون اضطراب؛ زيادة درجة حرارة الصب واختيار درجة الضغط السلبي المعقولة؛ التحكم بدقة في سمك الطلاء ونفاذية الرمل.

(2) عند جفاف النموذج، يجب أن يكون الطلاء جافًا تمامًا. يجب تجنب وضع القالب الأصفر بعد جفافه في غرفة تجفيف مع قالب أصفر آخر تم طلاؤه حديثًا.

(3) انتبه لاستخدام الغراء البارد أو الساخن أثناء عملية اللصق. لضمان قوة اللصق، كلما قلّت الكمية كان ذلك أفضل، وذلك لتقليل انبعاث الغازات واحتمالية تكوّن المسام.

(4) تم اعتماد نظام البوابات المغلقة. أثناء الصب، يتم التحكم بدقة في سرعة الصب لضمان وجود كمية معينة من المعدن السائل في كوب الصب لمنع دخول الهواء.

7. الخاتمة

بعد إجراء العديد من اختبارات الصب في الموقع، تبيّن أن العملية المذكورة أعلاه تفي بمتطلبات صب منتجات عالية الجودة، وتضمن نسبة أعلى من المنتجات الأصلية. مع ذلك، قد تحدث عيوب في الصب مثل المسامية ووجود شوائب الخبث. يعود السبب الرئيسي للمسامية إلى كثافة القالب الأبيض، ودرجة التجفيف، والحفاظ على الضغط السلبي. أما السبب الرئيسي لوجود شوائب الخبث فهو عدم تنظيف الخبث بشكل كامل أثناء عملية الصهر.

تُعدّ عملية الصب بالبلازما (EPC) أكثر تعقيدًا من طرق الصب الشائعة الأخرى. ولإنتاج مصبوبات عالية الجودة، يجب علينا إتقان كل مرحلة من مراحلها، إذ قد يؤدي أي خلل في أي مرحلة إلى ظهور عيوب في المسبوكات. وأخيرًا، نأمل أن يُسهم إنتاج مصبوبات الصلب في توفير مرجع لإنتاج منتجات مماثلة في المستقبل.